CN103383531B - 掩模对准装置及使用该装置的光刻设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种掩模对准装置，包括：一照明系统，用于提供一光源照射第一标记与第二标记；一投影物镜，用于将第一标记成像；一第一支撑装置，用于承载所述第一标记，所述第一标记位于一掩模板上；一第二支撑装置，用于承载所述第二标记，所述第二标记位于一基准板上；一成像探测系统，用于探测所述第一标记的成像位置与所述第二标记位置的偏差；其特征在于，所述成像探测系统固定于所述第二支撑装置内，且所述第二标记位于所述成像探测系统的视场范围内，所述投影物镜与所述成像探测系统共用所述照明系统。

Description

掩模对准装置及使用该装置的光刻设备

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种掩模对准装置及使用该装置的光刻设备。

背景技术

光影刻蚀法是指将描绘在掩模版上的电路图形，通过投影曝光装置成像在涂有光刻胶等感光材料的制造集成电路的硅片表面上，之后通过刻蚀工艺在制造集成电路的硅片上形成图形。光刻设备是指利用光影刻蚀法制造生产集成电路的装备。光刻设备是将掩模版上的电路图形，经过投影曝光透镜等光学系统做投影曝光，将电路图形以一定放大或缩小的倍率投影于制造集成电路的硅片上。光影刻蚀法及光刻设备被广泛地应用于各种领域，近年来印刷电路板也使用光刻设备制造。

用光刻设备曝光时，掩模版与曝光对象（例如硅片、印刷电路板等）的位置必须对准，通常掩模版上方与曝光对象上方均配置有位置对准用的标记，通过一定的位置对准装置和位置对准方法，建立起掩模版与曝光对象之间精确的相对位置关系。

专利US4683572给出了一种掩模对准装置，该专利掩模对准传感器位于投影物镜与曝光对象之间，且掩模对准传感器位于投影物镜曝光视场外，因此该专利在结构上存在以下不足：要求投影物镜具有较大的像方工作距离，这样将导致投影物镜结构设计复杂，且由于物像共轭距增大导致投影物镜在重量和成本上增加；另一方面掩模对准时需增加单独掩模标记照明装置，使结构复杂且成本高；另外，当掩模对准传感器的位置发生漂移时，无法实时获得该位置漂移量，从而影响整机套刻精度。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种掩模对准装置及使用该装置的光刻设备可以有效降低对投影物镜像方工作距离的要求，从而降低投影物镜结构复杂度且可有效控制投影物镜物像共轭距及其重量。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种掩模对准装置，包括：一照明系统，用于提供一光源照射第一标记与第二标记；一投影物镜，用于将第一标记成像；一第一支撑装置，用于承载所述第一标记，所述第一标记位于一掩模板上；一第二支撑装置，用于承载所述第二标记，所述第二标记位于一基准板上；一成像探测系统，用于探测所述第一标记的成像位置与所述第二标记位置的偏差；其特征在于，所述成像探测系统固定于所述第二支撑装置内，且所述第二标记位于所述成像探测系统的视场范围内，所述投影物镜与所述成像探测系统共用所述照明系统。

更进一步地，该第一支撑装置和第二支撑装置均为六自由度运动装置。该照明系统用于提供一紫外光源。该基准板由透光材料制成。该第一标记、第二标记及成像探测系统的数量一致，均为一组或多组。

更进一步地，该成像探测系统包括第一成像物镜组、第二成像物镜组以及对准探测器。该成像探测系统还包括一反射面，该反射面位于该第一成像物镜组和第二成像物镜组之间。该成像探测系统固定与该第二支撑装置的沿X方向或沿Y方向或沿Z方向。

更进一步地，该第一标记是掩模标记，该第二标记是工件台基准标记，该第一支撑装置是掩模台，该第二支撑装置是工件台。

本发明同时公开一种光刻设备，包括一掩模对准装置，该掩模对准装置用于掩模版与曝光对象之间的相对位置关系，该掩模对准装置采用如上文任一项所述的结构。

与现有技术相比较，本发明提供的掩模对准装置及使用该装置的光刻设备将掩模对准传感器放置在工件台上，降低对投影物镜像方工作距离的要求，从而降低投影物镜结构复杂度且可有效控制投影物镜物像共轭距及其重量。

其次，该掩模对准传感器可以随工件台运动到投影物镜曝光视场内，因此掩模标记对准时其对准光源可共用曝光光源，从而降低掩模对准装置结构复杂度及设计成本。

同时，该掩模对准传感器成像视场内设有参考标记，采用参考标记对掩模对准传感器的位置漂移进行实时补偿，可以提高设备的套刻精度；

最后，本发明所述掩模对准装置，还可以用作像传感器，用以测量投影物镜的焦面漂移及放大倍率变化。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是本发明所涉及的掩模对准装置的结构示意图；

图2是本发明所涉及的掩模对准装置的传感器布局主示图；

图3是本发明所涉及的掩模对准装置的传感器布局俯视图；

图4是本发明所涉及的掩模对准装置的传感器参考标记位置补偿示意图；

图5是本发明所涉及的掩模台基准标记及掩模对准标记布局俯视图；

图6是本发明所涉及的掩模对准装置的实施方式之二的传感器布局俯视图；

图7是本发明所涉及的掩模对准装置的实施方式之二的传感器布局侧视图；

图8是本发明所涉及的掩模对准装置的实施方式之三的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的一种具体实施例的掩模对准装置。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。

在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。此外，在以下描述中所使用的“X向”一词主要指与水平向平行的方向；“Y向”一词主要指与水平向平行，且与X向垂直的方向；“Z向”一词主要指与水平向垂直，且与X、Y向均垂直的方向。

图1是本发明所涉及的掩模对准装置的结构示意图。如图1中所示，该掩模对准装置包括曝光对象照明系统1、掩模台2、掩模版2、投影物镜5、工件台6、工件台基准版8及掩模对准传感器20、21。其中掩模版2位于掩模台30上，掩模台30可实现六自由度的运动；掩模对准标记3位于掩模版2上，用于掩模版的位置对准。该工件台6可实现六自由度运动，工件台基准版8、曝光对象7均位于工件台6上，投影物镜3用于将掩模版2上的图形曝光到曝光对象7表面上。

掩模对准传感器20、21放置于工件台6上且位于工件台基准版8的下方；该工件台基准版8上表面存在工件台基准标记9，该标记作为掩模对准传感器20、21的参考标记位于工件台基准版8的上表面；该工件台基准版8用石英等透明的玻璃材料制成，工件台基准标记9可通过掩模对准传感器20、21成像到探测器25上。

曝光对象照明系统1用于掩模标记3对准时标记的均匀照明，掩模标记3对准时，曝光对象照明系统1所发出的紫外光均匀照射到掩模对准标记3上，掩模对准标记3通过投影物镜5清晰成像到工件台基准版8的上表面，即工件台基准标记9所处的面；掩模对准标记3在工件台基准版8处所成的像为3'，该像可通过掩模对准传感器20、21成像到对准探测器25上。

以下将结合图2至图5说明本发明所涉及的的掩模对准装置的传感器的结构。图2是本发明所涉及的掩模对准装置的传感器布局主示图。如图2中所示，该成像探测系统位于工件台基准板8之下，且与工件台6保持相对位置的固定。工件台基准板8上设置一工件台基准标记9，由于该成像探测系统位于工件台基准板8之下，因此无论工件台6如何移动，该工件台基准标记9始终位于成像探测系统的视场范围内。该成像探测系统由成像物镜组22、反射面23、成像物镜组24及对准探测器25组成。

该反射面23用于光线转折，其实现可以是反射镜、也可以是外反射棱镜或者内反射棱镜；工件台基准标记9可依次通过成像物镜组22、反射面23及成像物镜组24清晰成像到对准探测器25上。

图3是本发明所涉及的掩模对准装置的传感器布局俯视图。如图3中所示，26为掩模对准传感器20、21的成像视场，工件台基准标记9位于成像视场26内；掩模对准传感器20、21沿工件台6的X方向布局，且相对工件台y向坐标对称。

图4是本发明所涉及的掩模对准装置的传感器参考标记位置补偿示意图。由于机械结构应力变形及热变形，导致掩模对准传感器20、21在工件台上的坐标位置会随时间发生变化，从而对整机套刻精度有很大影响。为了解决该问题，本发明专利在掩模对准传感器20、21的成像视场26内放置有掩模对准传感器参考标记9；该参考标记9位于工件台基准版8上，工件台基准版8为低膨胀透明光学材料；本发明掩模对准装置装配完后掩模对准传感器参考标记9的像位于对准探测器25上30位置处(X0,Y0)，由于掩模对准传感器因机械结构应力变形及热变形而导致掩模对准传感器位置发生变化，该变化量△X、△Y可从参考标记9当前在对准探测器25上的坐标位置31(X1,Y1)实时进行计算补偿，变化量△X、△Y表达式如下：

△X=X1-X0

△Y=Y1-Y0。

图5是本发明所涉及的掩模台基准标记及掩模对准标记布局俯视图。如图5中所示，掩模台30上放置有掩模版2和掩模台基准版31。

该掩模版2上设有曝光图形10、用于掩模对准的掩模对准标记3和掩模对准标记4；其中掩模对准标记3和掩模对准标记4分别位于曝光图形10两侧。

该掩模对准标记3和掩模对准标记4可通过投影物镜5分别将像3’和4’(图中未画出)成像到工件台基准版8的上表面，然后掩模对准标记像3’和掩模对准标记像4’再通过掩模对准传感器20、21成像到对准探测器25上，根据相应的图像处理算法即可计算当前掩模对准标记3、掩模对准标记4在工件台坐标系中的位置，从而进一步计算出当前待曝光图形10在工件台坐标系中的坐标位置。

该掩模台基准版31设置有掩模台基准标记34，用于建立掩模台坐标系和掩模对准传感器坐标系之间的关系；其中32为掩模对准传感器20、21在掩模台基准版面上的成像视场大小。

本发明还提供另一种较佳实施方式，该实施方式如图6、7中所示。图6是本发明所涉及的掩模对准装置的实施方式之二的传感器布局俯视图；图7是本发明所涉及的掩模对准装置的实施方式之二的传感器布局侧视图。与第一种实施方式不一样的是，在该实施方式中，掩模对准传感器20、21的布局方向是沿Y向布局。

本发明还提供第三种较佳实施方式，该实施方式如图8中所示。在该实施方式中，模对准传感器20、21沿垂向布局，且该实施方式中省略了反射面。

与现有技术相比较，本发明提供的掩模对准装置及使用该装置的光刻设备将掩模对准传感器放置在工件台上，降低对投影物镜像方工作距离的要求，从而降低投影物镜结构复杂度且可有效控制投影物镜物像共轭距及其重量。

其次，该掩模对准传感器可以随工件台运动到投影物镜曝光视场内，因此掩模标记对准时其对准光源可共用曝光光源，从而降低掩模对准装置结构复杂度及设计成本。

同时，该掩模对准传感器成像视场内设有参考标记，采用参考标记对掩模对准传感器的位置漂移进行实时补偿，可以提高设备的套刻精度；

最后，本发明所述掩模对准装置，还可以用作像传感器，用以测量投影物镜的焦面漂移及放大倍率变化。

本说明书中该的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种掩模对准装置，包括：

一照明系统，用于提供一光源照射第一标记与第二标记；

一投影物镜，用于将第一标记成像；

一第一支撑装置，所述第一支撑装置是掩模台，用于承载所述第一标记，所述第一标记位于一掩模板上，第一标记是掩模对准标记，用于掩模板的位置对准，掩模板上有曝光图形；

一第二支撑装置，所述第二支撑装置是工件台，用于承载所述第二标记，所述第二标记位于一基准板上，所述第二标记是工件台基准标记，曝光对象位于工件台上，投影物镜用于将掩模板上的曝光图形曝光到曝光对象表面上；

一成像探测系统，所述第一标记通过投影物镜成像到基准板的上表面，所述第一标记在基准板处所成的像成像到成像探测系统上，所述第一标记的成像位置用于计算所述第一标记在工件台坐标系中的位置，从而计算出所述曝光图形在工件台坐标系中的坐标位置，所述成像探测系统还用于探测所述第一标记的成像位置与所述第二标记位置的偏差；

其特征在于，所述成像探测系统固定于所述第二支撑装置内，且所述第二标记位于所述成像探测系统的视场范围内，所述投影物镜与所述成像探测系统共用所述照明系统。

2.如权利要求1所述的掩模对准装置，其特征在于，所述第一支撑装置和第二支撑装置均为六自由度运动装置。

3.如权利要求1所述的掩模对准装置，其特征在于，所述照明系统用于提供一紫外光源。

4.如权利要求1所述的掩模对准装置，其特征在于，所述基准板由透光材料制成。

5.如权利要求1所述的掩模对准装置，其特征在于，所述第一标记、第二标记及成像探测系统的数量一致，均为一组或多组。

6.如权利要求1所述的掩模对准装置，其特征在于，所述成像探测系统包括第一成像物镜组、第二成像物镜组以及对准探测器。

7.如权利要求6所述的掩模对准装置，其特征在于，所述成像探测系统还包括一反射面，所述反射面位于所述第一成像物镜组和第二成像物镜组之间。

8.如权利要求1所述的掩模对准装置，其特征在于，所述成像探测系统固定与所述第二支撑装置的沿X方向或沿Y方向或沿Z方向。

9.一种光刻设备，其特征在于，包括一掩模对准装置，所述掩模对准装置用于掩模版与曝光对象之间的相对位置关系，所述掩模对准装置采用如权利要求1至8任一项所述的结构。